Козлова С.А. и др. Оборудование для очистки газов промышленных печей

Подождите немного. Документ загружается.

111

ные установки (рис. 2.15). Ввиду высокой температуры отходящих газов (до

800

С) возникает необходимость их конденсирования и охлаждения.

Охлаждение газов осуществляется в газовых холодильниках и водоох-

лаждаемых стояках высотой до 14 м. В опытном порядке для этих целей ис-

пользуются котлы-утилизаторы.

Рис. 2.15. Схема очистки газов печей кипящего слоя для обжига мед-

ных концентратов: 1 – ленточный конвейер; 2 – бункер; 3 – печь кипящего

слоя; 4 – газовый холодильник; 5 – групповой циклон; 6 – сухой электро-

фильтр; 7 – дымосос; 8 – шнеки; 9 – холодильная камера печи; 10 – трубы

теплосъема; 11 – форкамера дутья; 12 – загрузочная камера; 13 – питатель

печи

Газы печей кипящего слоя характеризуются очень высокой запыленно-

стью (1000-1300 г/м

), поэтому для их очистки устанавливается трехступен-

чатая система: циклон типа СИОТ диаметром до 3 м для грубой очистки га-

зов, две параллельно действующие группы циклонов ЦН-15÷ЦН-18 из 10-12

циклонов диаметром до 1,0 м каждый и сухие электрофильтры. В циклонных

установках запыленность газов снижается до 15-30 г/м

(по норме), в элек-

трофильтрах – до 0,1 г/м

. Для достижения хорошей очистки в электрофильт-

рах скорость газов не должна превышать 0,5-0,6 м/с. Для исключения подсо-

сов воздуха и снижения концентрации диоксида серы в газах после второй

ступени циклонов могут быть установлены эксгаустеры. Смесь из огарка по-

сле обжига, уловленной циклонной пыли и гранулированной пыли электро-

фильтров направляется на

плавку в отражательные печи. Обжиговые газы с

содержанием 10-15 % SO

после дополнительной очистки в мокрых электро-

фильтрах направляются в цеха для получения серной кислоты.

Очистка газов при плавке медных концентратов

Для плавки медных концентратов применяются различные типы печей,

в том числе отражательные, шахтные, руднотермические, электрические пе-

чи, печи взвешенной (факельной) плавки и другие. Тип применяемых печей

зависит от качества и состава медных концентратов, цели плавильной техно-

112

логии и ее особенностей. Технология плавки меди определяет выбор системы

пылегазоочистки отходящих газов.

Очистка газов отражательной печи

Цель плавки в отражательных печах заключается в сульфидировании

меди и переводе ее в штейн с одновременным ошлаковыванием железа не-

посредственно в ванне печи. В качестве топлива применяется мазут, уголь и

природный газ с предварительным, как правило, подогревом дутья. В резуль-

тате температура в плавильной зоне достигает 1560-1600

С, а температура

отходящих газов 1250-1300

С. Содержание SO

в отходящих газах составля-

ет 3,5-7,5 %, запыленность газов 0,3-0,7 г/м

, количество газов достигает 125

тыс. м

/ч. Основным недостатком отражательных печей является низкий теп-

ловой к.п.д. вследствие больших потерь тепла с отходящими газами. Для

снижения температуры газов и использования их тепла за печью устанавли-

ваются котлы-утилизаторы. Температура газов после котла составляет 350-

400

С. Теплота отходящих газов используется для производства пара и по-

догрева воздуха, идущего на сжигание топлива. Общая схема очистки газов

отражательных печей представлена на рис. 2.16.

Наиболее крупные частицы пыли осаждаются в котлах-утилизаторах, а

тонкая очистка газов осуществляется в сухих многопольных горизонтальных

электрофильтрах.

Рис. 2.16. Схема очистки газов отражательных печей: 1 – печь; 2 – ко-

тел-утилизатор; 3 – сухой электрофильтр; 4 – тканевый фильтр; 5 – дымосос;

6 – шнеки

На ряде заводов для получения серной кислоты газы отражательных

печей смешивают с отходящими газами обжиговых печей и конвертеров. В

этом случае смешанные газы отражательных печей на выходе из электро-

фильтров могут дополнительно очищаться

в рукавных фильтрах с рукавами

из стеклоткани. При высоком содержании цинка и свинца в пыли газов отра-

жательных печей желательна предварительная их очистка в скрубберах. Не-

113

достатком отражательной плавки медных концентратов является содержание

в отходящих от них газах (после пылеочистки) до 2,5 % диоксида серы. Та-

кие газы загрязняют атмосферу, вызывают необходимость принятия допол-

нительных мер, вплоть до замены типа печи для плавки меди.

Очистка газов печей взвешенной плавки

В последнее время широкое распространение получили печи для плав-

ки концентратов во взвешенном состоянии в среде подогретого воздуха

(ВФП) или автогенная плавка в атмосфере технического кислорода (КФП).

Взвешенная (факельная) плавка медных концентратов при выплавке

черновой меди выполняется на подогретом до 500-700

С воздухе. Это так

называемая финская схема. Сухие концентраты в этом случае вдуваются че-

рез свод в верхнюю часть шихты обжигово-плавильной печи. Частицы ших-

ты из горелок распыляются воздухом под давлением 0,5 МПа, проходят шах-

ту печи во взвешенном потоке и «присаживаются» на зеркало жидкой ванны

отражательной печи. Здесь происходит разделение

шихты на слой шлака и

штейна. Газы печи с температурой 1300-1350

С, содержащие до 40 г/м

пыли

и 10-14 % SO

, направляются в котел-утилизатор для охлаждения, на выходе

из которого их температура снижается до 350

С, что позволяет отправлять

их на тонкую очистку в сухие горизонтальные многопольные электрофильт-

ры. Очищенные газы с содержанием до 10 % диоксида серы направляются на

переработку в серную кислоту. Воздух для дутья подогревается в рекупера-

торах, находящихся за котлами-утилизаторами. Если наряду с подогревом

воздуха в него дополнительно вводится кислород, то концентрация диоксида

серы в отходящих газах может достигать до 15-20 %.

Плавка на обогащенном кислородом дутье осуществляется по канад-

ско-советской схеме, внедренной на Алмалыкском ГМК. Преимущества

взвешенной плавки меди заключаются в возможности использования газов

для производства серной кислоты, элементарной серы или сернистого ангид-

рида. Ее особенностью являются высокая температура отходящих газов (до

1300

С), относительно небольшое количество газов (в 6 раз меньше, чем в

ВФП и 15-20 раз меньше, чем в отражательной печи), высокое содержание в

газах пыли (до 450 г/м

) и сернистого ангидрида (до 90 %). Отходящие газы

после охлаждения в котлах-утилизаторах поступают в пылеосадительные ка-

меры для грубой очистки, затем в сухие горизонтальные многопольные элек-

трофильтры для тонкой пылеочистки.

Очищенные газы подаются в сернокислотный цех, где после возможно-

го смешения с конвертерными газами перерабатываются в серную кислоту.

На некоторых заводах

с кислородно-факельной плавкой медных кон-

центратов применяется мокрая схема пылегазоочистки, заключающаяся в

114

следующем. Отходящие газы из печи КФП с температурой 1260-1300

С, со-

держащие до 75 % SO

, пропускаются через воздухоохлаждаемую металли-

ческую пылеосадительную камеру, в которой одновременно с осаждением

грубых фракций пыли газы охлаждаются до температуры 650

С. Дальнейшее

охлаждение газов до 400

С и улавливание пыли осуществляется в полом

скруббере и тройной системе труб Вентури. Окончательная очистка газов с

осаждением тонкой пыли и тумана серной кислоты производится в мокром

электрофильтре.

Считается, что эта схема весьма громоздка, требует больших расходов

антикоррозионных материалов, вызывает необходимость нейтрализации

сточных вод.

Основным недостатком процесса плавки медных концентратов во

взвешенном состоянии является высокое содержание меди в шлаках (до 1,0-

1,2 %). Это обстоятельство вызывает необходимость выделения меди из шла-

ков дополнительной переработкой последних в руднотермических печах. Не-

смотря на это, новые способы плавки медных концентратов в сравнении с

отражательной плавкой более перспективны. Они характеризуются высокой

производительностью, большей степенью пылеочистки газов, высоким уров

нем механизации и т.д.

Очистка газов шахтных печей

Шахтные печи в сравнении с отражательными обладают рядом пре-

имуществ: они не требуют применения дефицитного кокса, окомкования или

агломерации шихты для плавки. Теплота, выделяющаяся при протекании эк-

зотермических реакций окисления сульфидов, достаточна для плавления за-

груженной шихты. Температура газов на выходе из печи достигает 500-550

С, содержание пыли в них составляет 30-40 г/м

. Концентрация SO

в печ-

ных газах колеблется в зависимости от режима работы в пределах от 1 до 30

%. Общее количество газов в печи составляет 50-100 м

/ч. Отходящие газы

подвергаются очистке по двухступенчатой схеме (рис. 2.17). В качестве пер-

вой ступени используются пылеосадительная камера и групповой циклон.

Тонкая очистка газов осуществляется в сухих электрофильтрах. Иногда газы

перед подачей в электрофильтры для улучшения их работы увлажняют. Сте-

пень улавливания пыли в циклонах составляет около 30 %. В электрофильт-

рах до 97,5 %.

115

Рис. 2.17. Схема очистки газов шахтных печей для плавки медных кон-

центратов: 1 – шахтная печь; 2 – пылеосадительная камера; 3 – групповой

циклон; 4 – сухой электрофильтр; 5 – дымосос; 6 – шнеки; 7 – отстойник; 8 –

свеча

Очистка газов руднотермических печей

В электропечах подвергается плавке шихта, состоящая из кусковой ру-

ды, сырых или подсушенных и обожженных медных концентратов, окаты-

шей и агломерата. Электроплавка отличается от отражательной плавки ря-

дом преимуществ: в этом случае более высокая степень извлечения металлов,

экономятся флюсы, меньший выход отходящих газов, возможность произ-

водства серной кислоты и, наконец,

более высокий коэффициент использова-

ния тепла.

Отходящие газы из печи подвергают пылеочистке по схеме, аналогич-

ной схеме шахтной печи. Газы с температурой 400-700

С проходят стадию

грубой очистки в циклонах. Тонкая очистка газов от пыли осуществляется в

многопольных электрофильтрах при температуре около 300

С.

На одном из заводов принята следующая схема улавливания пыли. В

руднотермической печи на каждом из шести газоходов-стояков для отвода

газов из-под свода печи и шести боковых газоходах были установлены по

одному циклону ЦН-15 диаметром 1,0-1,5 м. Температура газов в газоходах

достигает 950

С, а содержание пыли в них в период периодической загрузки

составляет 100-130 г/м

. Высокая температура газов, наличие в шихте компо-

нентов с низкой температурой размягчения, например пирита, приводило к

забиванию циклонов размягченной пылью, что вызывало необходимость их

регулярной очистки. При этом через люки в циклонах и другие неплотности

в газоходах происходил большой подсос холодного воздуха, вследствие чего

температура газов перед электрофильтром снижалась до 130-150

С, а содер-

жание SO

уменьшалось с 4-4,5 до 1-1,5 %, снижая выход серной кислоты.

116

Для повышения эффективности работы системы пылеулавливания и

устранения указанных недостатков циклоны были заменены инерционными

пылеуловителями в виде цилиндрической башни диаметром 4,5 м. В резуль-

тате до нормативных снизилась запыленность газов (5-30 г/м

), количество

газов, их температура, повысилась до 98,5-99,5 % степень улавливания пыли.

Увеличение содержания SO

до 4,0 % нормализовало работу сернокислотно-

го производства.

В последние годы стала применяться технология грануляции уловлен-

ной пыли в тарельчатых грануляторах с получением гранул достаточно вы-

сокой прочности, что наряду с повышением технико-экономических показа-

телей улучшает условия труда.

Очистка газов при конвертировании медных штейнов

Особенностью штейнов, полученных плавкой медных концентратов,

является высокое содержание в них железа, серы, свинца, цинка и других ме-

таллов. При организации кислородного дутья в слой расплава происходит

интенсивное окисление сульфидов металлов до оксидов. При этом образую-

щийся сернистый ангидрид SO

переходит в газообразную фазу. Также в га-

зовый факел в виде возгонов переходит до 50 % PbO, до 15 % ZnO, до 73 %

мышьяка, 50 % сурьмы, 95 % висмута и т.п. Оставшаяся часть оксидов ме-

таллов переходит в конвертерные шлаки. Дутье, обогащенное кислородом

(на ряде заводов до 25 %) в значительной степени изменяет технологические

параметры конвертерной плавки медных штейнов. Так, производительность

конвертера повышается на 20-25 %, расход воздуха уменьшается на 10-12 %

и не превышает 30 тыс. м

/ч, концентрация SO

в газах увеличивается на 25-

30 %. Каждый конвертер оснащен индивидуальной системой отсоса газов,

которая включает напыльники эвольвентного типа с водоохлаждением, пы-

леосадительные камеры для грубой очистки газов, циклоны и сухие электро-

фильтры (рис. 2.18).

В водоохлаждаемых напыльниках с целью снижения температуры га-

зов, составляющей 900-1000

С, и установления рациональных скоростей га-

зовых потоков в газоходах производится 1,5-2-кратное разбавление газов ор-

ганизованным подсосом воздуха. В современных схемах пылегазоочистки

отходящие от конвертеров с напыльниками газы направляются в котлы-

утилизаторы. На старых технологических линиях котлы-утилизаторы часто

не устанавливались из-за отсутствия высокотемпературных котлов. Затем га-

зы поступают в

пылеосадительные камеры и циклоны. Температура газов пе-

ред циклонами 550-700

С, их объем достигает до 60-70 тыс. м

/ч, содержа-

ние пыли 20-30 г/м

, концентрация SO

− 4-6 %. Далее газы по системе сбор-

117

ных газоходов направляются в горизонтальные электрофильтры для тонкой

очистки. Их температура составляет 300-400

С, запыленность 4-5 г/м

Рис. 2.18. Схема очистки отходящих газов медных конвертеров: 1 –

конвертер с водоохлаждаемым напыльником эвольвентного типа; 2 – котел-

утилизатор; 3 – групповой циклон; 4 – сухой электрофильтр; 5 – дымосос; 6 –

шнеки; 7 – шлюзовой затвор; 8 – ковши для расплава

Уловленная пыль из котлов-утилизаторов, пылеосадительных камер и

циклонов возвращается в шихту на плавку, а мелкодисперсная пыль из элек-

трофильтров (в зависимости от содержания

в ней металлов, в частности

свинца) либо добавляется в шихту, либо направляется на утилизацию на

свинцовые заводы. В случае использования конвертерных газов для произ-

водства серной кислоты устанавливаются два газохода – один для так назы-

ваемых «крепких» газов с содержанием 5-6 % SO

для направления в элек-

трофильтры и далее в сернокислотный цех, а «слабые» газы с содержанием

0,5-1,0 % SO

по другому газоходу через трубу выбрасываются в атмосферу.

Режим работы конвертера, система отбора и направления отходящих газов

автоматически регулируются с переключением с одного газохода на другой.

Степень улавливания пыли в основных пылеулавливающих установках

системы относительно невелика: в циклонах она составляет в среднем 50 %,

в электрофильтрах – 96,5-98 %, что обусловлено высокой дисперсностью пы-

ли.

Средний размер частиц пыли составляет 4-5 мкм, пыль содержит до 40 %

возгонов свинца (PbO).

Очистка газов при переработке вторичного сырья

Состав пыли заводов, перерабатывающих вторичное сырье, аналогичен

составу пыли трубчатых цинковых печей. Она содержит до 60 % цинка, по-

этому обладает высоким удельным электрическим сопротивлением, что от-

рицательно влияет на работу электрофильтров в случае их использования для

тонкой пылеочистки, вызывая возможность режимов образования обратной

118

короны. В связи с этим в большинстве случаев газы вторичных медепла-

вильных заводов очищают от пыли в рукавных фильтрах. Схемы очистки га-

зов при переработке вторичного сырья показаны на рис. 2.19.

Рис. 2.19. Схемы очистки газов шахтных печей (

а-в) и конвертерных

газов (

г) на заводах по переработке вторичного сырья: 1 – печь; 2 – скруббер;

3 – подсос воздуха; 4 – рукавный фильтр; 5 – дымосос; 6 – дымовая труба; 7 –

сухой электрофильтр; 8 – камера дожигания цинка; 9 – котел-утилизатор; 10

– поверхностный охладитель

Вследствие высокой температуры газов шахтных печей и конвертеров

их до подачи в рукавные фильтры охлаждают в полых скрубберах или кот-

лах-утилизаторах, затем в поверхностных

охладителях (кулерах). Непосред-

ственно перед входом в рукавные фильтры температуру газов регулируют

подсосом атмосферного воздуха. На некоторых заводах за печью устанавли-

вают камеру для окисления (дожигания) возгонов металлического цинка, со-

держащегося в газах.

В случае переработки вторичного сырья в шахтных печах для тонкой

очистки применяются как рукавные фильтры, так и электрофильтры

. В слу-

чае использования рукавных фильтров особые требования предъявляются к

снижению температуры газов. Их охлаждают в полых скрубберах, орошае-

мых газоходах, используют поверхностные охладители, осуществляют регу-

лированный подсос холодного воздуха.

При установке камеры для дожигания возгонов цинка особенно целе-

сообразно использование котлов-утилизаторов.

При применении в качестве аппаратов тонкой очистки

сухих электро-

фильтров обязательно предварительное охлаждение и увлажнение газов в

полых скрубберах. Технологический режим системы пылеулавливания газов

119

шахтных печей весьма жесткий. Так, Старк С.Б. приводит следующие пока-

затели режима на одном из заводов:

Температура газов,

С:

на выходе из печи – до 1100

на входе в скруббер – 620

на входе в рукавный фильтр – 100

Нагрузка фильтра по газу, м

/(м

⋅мин) – 1

Коэффициент очистки фильтра, % – 99

Содержание в уловленной пыли, %:

цинка – 65

свинца – 10

Размер частиц уловленной пыли, мкм – 0,3

Очистка газов, отходящих от конвертеров, наиболее часто производит-

ся в рукавных фильтрах. Температура таких газов значительно ниже, чем в

случае шахтных печей, поэтому для их охлаждения достаточно установки

поверхностных охладителей и регулированного подсоса воздуха перед

фильтром. Краткая характеристика эксплуатационных данных такой уста-

новки приведена

ниже.

Количество отходящих газов конвертеров, тыс. м

/ч – 86

Температура газов,

С:

перед холодильником – 324

после холодильника – 173

на входе фильтр – 105

на выходе из фильтра – 65

Поверхность, м

фильтра – 4100

охлаждения холодильника – 925

Диаметр рукавов, м – 0,675

Длина рукавов, м – 9,4

Нагрузка на ткань, м

/(м

⋅мин) – 0,35

Коэффициент очистки фильтра, % – 99,5

Содержание в уловленной пыли, %:

цинка – 50-55

свинца – 10-15

Средний размер частиц уловленной пыли, мкм – 0,5-0,8

120

Утилизация отходов

При производстве меди, наряду с сернистыми газами, образуются и

твердые отходы: отвальные шлаки отражательных и шахтных печей и пыль

отходящих газов, уловленная в процессе плавки в отражательных и шахтных

печах, в конвертерах при получении медного штейна.

Отвальные шлаки, как правило, дальнейшей утилизации не подверга-

ются и выбрасываются в отвалы. Уловленная

пыль же подвергается специ-

альной переработке с целью извлечения из нее ценных компонентов. Состав

пылей колеблется в широких пределах в зависимости от состава исходной

шихты, параметров технологического процесса, конструкции и режимов ра-

боты тепловых агрегатов.

В пыли медеплавильных заводов содержится много ценных компонен-

тов, включая редкие и рассеянные металлы, в том

числе кадмий, теллур, се-

лен, индий и др. Утилизация уловленной пыли производится по различным

схемам, отличающимся видом технологии и составом пыли. Утилизационные

технологии направлены на извлечение из пыли сопутствующих меди метал-

лов: свинца, цинка, а также выделения редких элементов. Эти схемы харак-

теризуются высокой сложностью как в аппаратурном оформлении, так

и же-

сткостью требований к технологическим процессам переработки пыли. Пе-

реработке может подвергаться пыль отдельно взятой плавильной печи, а

также сборная пыль с ряда печей цеха или завода. В последнее время разра-

ботаны схемы гидрометаллургической переработки разных пылей, одна из

которых показана на рис. 2.20.

2.1.8. Очистка газов при производстве никеля

Основным сырьем для получения никеля являются сульфидные медно-

никелевые и окисленные руды. В них содержится до 5,6 % никеля, 4,5 % ме-

ди, 44 % железа, 28 % серы, 40 % SiO2 и др. Кроме того, в них всегда присут-

ствуют металлы платиновой группы.

Схема производства никеля включает следующие технологические

операции:

подготовка сырья к плавке;

плавка шихты с получением никелевого штейна или ферронике-

ля;

продувка штейна до файнштейна, кристаллизация с выделением

медных и никелевых концентратов;

обжиг никелевого концентрата с получением монооксида никеля;

восстановительная плавка монооксида никеля с получением

анодного никеля и рафинирование никелевых анодов.